一种纳伏量级超导体电阻临界温度测量系统的制作方法
【专利摘要】一种纳伏量级超导体电阻临界温度测量系统，包括置于真空室内用于放置待测超导样品的样品架，以及置于真空室外的控温仪、制冷机、吉时利2182A纳伏表、吉时利6221电流源、装有LabVIEW软件的PC机；控温仪的温度传感器置于真空室内样品架上，温度传感器通过导线连接到真空室外的控温仪；制冷机的冷头置于真空室内样品架底部，冷头通过导线连接到真空室外的制冷机；吉时利2182A纳伏表和吉时利6221电流源的引线连接待测超导样品，还通过GPIB总线连接到所述装有LabVIEW软件的PC机。本发明大大提高了测量温区，温度变化稳定，完全消除超导样品热电动势带来的影响。
【专利说明】一种纳伏量级超导体电阻临界温度测量系统
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及一种超导体电阻测量系统，特别涉及Delta法测量和虚拟仪器(LabVIEff)自动采集超导体电阻温度特性曲线，用于研究超导体材料电阻温度特性，从而确定超导材料临界温度。
【【背景技术】】
[0002]超导体在进入超导状态后具有零电阻现象，有广阔的应用前景。一般样品进入超导状态需要很低的温度，大大约束了超导材料在实际中的应用。从1911年超导现象发现至今，研究人员一直为超导体临界温度的提高而努力。因此精确测量超导体临界温度对超导体材料的研究具有重要性。
[0003]文献(曾一凡，吴丹.微弱信号检测技术在超导电阻测量[J].低温物理报.2009, 31 (3):261-263)采用基于高性能DSP芯片构成锁定放大器的微弱信号检测技术对超导体电阻温度特性进行测量。该方法能有效的检测样品的有用信号，去除噪声信号，大大增加电路的抗干扰能力。 [0004]文献(董军军，丁红胜.LabVIEW和国产数据采集卡在高温超导体电性测量实验中的应用[J].实验技术与管理.2006，23(11):73-76)采用LabVIEW软件和高性能数据采集卡对超导体电阻温度特性进行测量，实现计算机自动采集数据和图形显示。
[0005]文献(漆汉宏，田永君等.高温超导体R—T曲线虚拟仪器测试系统[J].微计算机信息.2003, 12 (19): 37，80)基于四弓丨线法，采用高精度电压表和高精度恒流源进行测量，有较好的测量精度。
[0006]上述文献普遍是采用在杜瓦瓶内液氮的低温环境下，采集超导样品电压后，根据欧姆定律或电流换向法进行样品电阻计算。这些方法存在测量温区小，温度变化不稳定，不能完全消除超导样品热电动势影响等缺点。这些缺点往往导致一些超导体被误判，所以开发一套高精度超导体电阻临界温度测量系统具有重要意义。
【
【发明内容】
】
[0007]本发明所要解决的技术问题在于提供一种纳伏量级超导体电阻临界温度测量系统，大大提高了测量温区，温度变化稳定，完全消除超导样品热电动势带来的影响。
[0008]本发明是这样实现的:
[0009]一种纳伏量级超导体电阻临界温度测量系统，包括置于真空室内用于放置待测超导样品的样品架，以及置于真空室外的控温仪、制冷机、吉时利2182A纳伏表、吉时利6221电流源、装有LabVIEW软件的PC机；
[0010]所述控温仪的温度传感器置于所述真空室内样品架上，所述温度传感器通过导线连接到所述真空室外的控温仪；所述制冷机的冷头置于所述真空室内样品架底部，所述冷头通过导线连接到真空室外的制冷机；
[0011]所述吉时利2182A纳伏表连接所述吉时利6221电流源，所述吉时利2182A纳伏表的引线连接所述待测超导样品的第2、3极，所述吉时利6221电流源的引线连接所述待测超导样品的第1、4极；
[0012]所述吉时利2182A纳伏表和所述吉时利6221电流源通过GPIB总线连接到所述装有LabVIEW软件的PC机；
[0013]所述控温仪和所述制冷机通过USB线连接到所述装有LabVIEW软件的PC机。
[0014]所述控温仪为Lakeshore335控温仪。
[0015]所述制冷机为GM氦气制冷机。
[0016]所述样品架包括两片平行设置的紫铜片，所述两紫铜片通过六个螺栓固定于所述制冷机的冷头上方，所述上紫铜片上设有所述控温仪的温度传感器，所述温度传感器通过螺栓固定；包裹有导热绝缘胶布的待测超导样品置于两紫铜片间夹紧。
[0017]本发明的优点在于:GM氦气制冷机为测量提供了 10-300K升降温度范围，大大提高了测量温区；真空测量室和样品架使温度变化稳定；335型控温仪测量精度为0.01k,能精确的测量样品的温度；吉时利6221型交直流电流源和2182A型纳伏表组合Delta法测量能完全消除样品热电动势带来的影响，能精确的测量出样品实时电阻；LabVIEW软件程序采集数据精度高，速度快，测量界面直观。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0018]下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0019]图1是本发明的系统硬件连接图。
[0020]图2是本发明的样品架结构示意图。
[0021 ] 图3是本发明的样品架俯视图。
[0022]图4是本发明的6221电流源与2182A纳伏表组合连线图。
[0023]图5是本发明的LabVIEW测量软件采集控制界面图。
[0024]图6是本发明测量系统对已知临界温度Tc ^ 105K铋锶钙铜氧(BSCCO)超导体进行测量采集界面电阻温度特性曲线图。
[0025]图7是利用0rigin8.0制图软件进行处理后铋锶钙铜氧(BSCCO)超导体电阻温度特性曲线图。
【【具体实施方式】】
[0026]一种纳伏量级超导体电阻临界温度测量系统，包括置于真空室内用于放置待测超导样品10的样品架20，以及置于真空室外的控温仪30、制冷机40、吉时利2182A纳伏表50、吉时利6221电流源60、装有LabVIEW软件的PC机70。图1所示为本发明的系统硬件连接图。
[0027]控温仪30选用LakeSh0re335控温仪，其温度传感器31置于真空室内样品架20上，温度传感器31通过导线连接到真空室外的LakeSh0re335控温仪30 ;制冷机40选用GM氦气制冷机，其冷头41置于真空室内样品架20底部，41冷头通过氦气管和带线连接到真空室外的GM氦气制冷机40。
[0028]如图2和图3所示，样品架20包括两片平行设置的紫铜片21、22，两紫铜片21、22通过六个螺栓23固定于制冷机40的冷头41上方，上紫铜片21上设有Lakeshore335控温仪30的温度传感器31，温度传感器31通过螺栓24固定；包裹有导热绝缘胶布的待测超导样品10置于两紫铜片21、22间夹紧。
[0029]吉时利2182A纳伏表50连接吉时利6221电流源60，吉时利2182A纳伏表50的引线连接待测超导样品10的第2、3极，吉时利6221电流源60的引线连接待测超导样品10的第1、4极。
[0030]如图4所示，吉时利2182A纳伏表50和吉时利6221电流源60通过GPIB总线连接到装有LabVIEW软件的PC机70。
[0031 ] Lakeshore335控温仪30和GM氦气制冷机40通过USB线连接到装有LabVIEW软件的PC机70。
[0032]本发明的测量方法是利用计算机LabVIEW(虚拟仪器)软件进行编程，程序通过GPIB总线及板卡控制吉时利6221型交直流电流源和2182A型纳伏表组合，用Delta法对样品电阻进行实时测量采集；通过USB总线控制LakeSh0re335型控温仪对样品温度进行实时测量采集。最终形成超导体温度特性曲线，从而得出超导样品的电阻临界温度。
[0033]本发明的超导体电阻测量原理:用四引线法实际测量超导体在低温环境下电阻时，发现即使样品没有电流，电压端也常能测量到几十微伏至几百微伏的电势差。这是因引线的漏热、样品与紫铜片局部接触等因素导致样品内形成一定的温度梯度。样品上的温度差会引起载流子的扩散，从而产生热电势。由于电流流过样品而在电压引线端产生的电压降只在10 —3~10_~ V之间，因而热电势对测量的影响很大，若不采取有效的测量方法予以消除，有时会将良好的超导样品误作非超导材料，造成错误的判断。 [0034]传统消除热电动势的方法是采用电流换向法:通过改变电流I的极性进行两次测量，测得正向电压为:
[0035]V+= V热+IR (I)
[0036]反向电压为:
[0037]V_ = V热-1R (2)
[0038]结合两次测量结果即能消除热电动势:
[0039]
【权利要求】
1.一种纳伏量级超导体电阻临界温度测量系统，其特征在于:包括置于真空室内用于放置待测超导样品的样品架，以及置于真空室外的控温仪、制冷机、吉时利2182A纳伏表、吉时利6221电流源、装有LabVIEW软件的PC机； 所述控温仪的温度传感器置于所述真空室内样品架上，所述温度传感器通过导线连接到所述真空室外的控温仪；所述制冷机的冷头置于所述真空室内样品架底部，所述冷头通过导线连接到真空室外的制冷机； 所述吉时利2182A纳伏表连接所述吉时利6221电流源，所述吉时利2182A纳伏表的引线连接所述待测超导样品的第2、3极，所述吉时利6221电流源的引线连接所述待测超导样品的第1、4极； 所述吉时利2182A纳伏表和所述吉时利6221电流源通过GPIB总线连接到所述装有LabVIEff软件的PC机； 所述控温仪和所述制冷机通过USB线连接到所述装有LabVIEW软件的PC机。
2.如权利要求1所述的一种纳伏量级超导体电阻临界温度测量系统，其特征在于:所述控温仪为Lakeshore335控温仪。
3.如权利要求1所述的一种纳伏量级超导体电阻临界温度测量系统，其特征在于:所述制冷机为GM氦气制冷机。
4.如权利要求1所述的一种纳伏量级超导体电阻临界温度测量系统，其特征在于:所述样品架包括两片平行设置的紫铜片，所述两紫铜片通过六个螺栓固定于所述制冷机的冷头上方，所述上紫铜片上设有所述控温仪的温度传感器，所述温度传感器通过螺栓固定；包裹有导热绝缘胶布的待测超导样品置于两紫铜片间夹紧。
【文档编号】G01R33/12GK104007402SQ201410249202
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】王 锋 申请人:泉州师范学院